CC BY
45
2. Иванов, М. Н. Детали машин: Учебник [Текст] / М. Н. Иванов, В. А. Финогенов. - М.: Высшая школа, 2008. - 408 с.
3. Кузнецов, В. Ф. Влияние конструктивных особенностей подвески тягового электродвигателя на эксплуатационную надежность моторно-осевых подшипников [Текст] / В. Ф. Кузнецов, С. Г. Шантаренко и др. / Вестник РГУПСа / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2011. - № 1. - С. 67 - 72.
УДК 621.313
С. В. Петроченко, А. А. Федоров
ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА МЕТОДОМ УДАРНО-АКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
В статье рассмотрена сущность ударно-акустической обработки (УАО) коллекторов машин постоянного тока (МПТ), представлена схема установки для УАОМПТ, рассчитаны режимы для УАО коллектора тягового электродвигателя ТЛ-2К1, приведены результаты исследований поверхности коллектора после УАО на наличие политуры, улучшающей коммутацию МПТ, сделаны выводы о целесообразности использования метода УАО для окончательного обработки коллекторов МПТ в условиях локомотиворемонтных депо.
Существующая технология окончательной обработки рабочей поверхности коллекторов машин постоянного тока, представляющая собой операцию шлифования, имеет ряд существенных недостатков, снижающих качество ремонта коллекторов МПТ:
зерна абразивного инструмента при шлифовании попадают в материал рабочей поверхности коллектора, что приводит к повышенному износу щеток;
вследствие деформации, износа колодки, разницы в диаметрах коллекторов ремонтируемых двигателей не обеспечивается плотное прилегание абразивного материала к рабочей поверхности коллектора;
длительное шлифование при помощи абразивного полотна влечет за собой возникновение завалов на краях пластин глубиной до 2 - 5 мм, приводящих к уменьшению площади контакта «коллектор - щетка» и как следствие - к ухудшению коммутации МПТ;
шлифовальные и полировальные бруски имеют свойства быстро «засаливаться».
Способ ударно-акустической обработки по сравнению со шлифованием лишен всех названных недостатков и имеет следующие преимущества:
- возможность модифицирования поверхностного слоя с внедрением твердых смазок;
- формирование в процессе обработки луночно-синусоидального микрорельефа;
- создание остаточных напряжений сжатия, положительно отражающихся на конструктивной прочности рабочей поверхности коллектора [1];
- повышение теплопроводности материалов [2].
Ударно-акустический метод обработки относится к одному из способов поверхностно-пластического деформирования материалов (ППД). ППД осуществляют для формирования микрорельефа и улучшения физико-механических свойств поверхностного слоя коллектора.
Способ обработки рабочей поверхности коллектора с применением ударно-акустического метода представляет собой обработку рабочей поверхности коллектора с регулированием мгновенных (ударных) сил и изменением относительных скоростей инструмента и изделия при точечном или пунктирном сканировании поверхности [2].
Для реализации описанного способа обработки использовалась установка (рисунок 1), состоящая из корпуса 1, магнитострикционного преобразователя 2, ультразвукового инструмента 3 с криволинейной рабочей поверхностью 4, подвижной опоры 5, пружины 6, ограни-
чителя 7, опорной поверхности 8, винтовой пары 9, коллектора 10, державки 11 и суппорта станка 12.
Для определения режимов УАО рабочей поверхности коллектора тягового электродвигателя ТЛ-2К1 использовалась методика, приведенная в статье [3]. Расчетная подача инструмента определяется по формуле:
зрасч=2^щй[\-к:], (1)
где - радиус индентора, мм;
И - глубина внедрения индентора в поверхность заготовки, мм;
К^ - коэффициент перекрытия в направлении подачи, показывающий, какая часть площадки контакта в направлении подачи перекрывается соседней.
Рисунок 1 — Схема установки для ударно-акустической обработки коллекторов
Частота вращения якоря определяется по формуле:
"Расч=-Щ-(2)
где /- частота магнитострикционного преобразователя, Гц; Яг - радиус обрабатываемой поверхности детали, мм; К* - коэффициент перекрытия в окружном направлении. Сила статического прижима при обработке коллектора определяется по формуле:
Рст =1,33//стт7адЧ2-^)л/1-4(1-С)2, (3)
где (7Т - предел текучести материала, МПа.
Коэффициенты перекрытия выбирались из работы [4]: К^ = 0,84; = 0,97.
Согласно формуле (1) и при соблюдении определенных условий - = 3 мм; И = 0,02 мм; К^ = 0,84 - расчетная подача ультразвукового инструмента, мм/об,
*расч = 2^2-3-0,02 • [1 -0,84] = 2• 0,346• 0,16 = 0,11.
При/= 17600 Гц; Яг = 330 мм; КЦ = 0,97 расчетная частота вращения, об/мин,
60-17600^2-330-0,02
Прасч 3,14-330
[1 — 0,97] = 111.
зо ИЗВЕСТИЯ ТрансСШВ^^И №3(7)
При расчете по формуле (3) и при Я] = 3 мм; к = 0,02 мм; К^ = 0,84; Я2 = 330 мм; <гт = 70 МПа [4] сила статического прижима, Н,
Рст = 1,33 • 0,02 • 70л/3-330 • (2 - 0,84)^1 -4(1 -0,84)2 = 64,38.
На основании физики процесса УАО [4] авторами статьи была выдвинута гипотеза о насыщении поверхности меди кислородом с образованием окисной пленки, состоящей из закиси меди СщО и внедренного углерода, по своему составу соответствующей коллекторной пленке (политуре), улучшающей коммутацию МПТ.
Для подтверждения этой гипотезы медные ролики диаметром 40 мм подвергались УАО с внедрением чешуйчатого серебристого графита № 6. Режимы обработки рассчитывались согласно рекомендациям статьи [3]: частота вращения п = 31,5 об/мин, подача ультразвукового инструмента 5 = 0,1 мм/об, частота колебаний инструмента /= 17,6 кГц, сила статического прижима Рст = 24 Н. Методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием растрового электронного микроскопа ЛЮЬ .1СМ-5700 был определен поэлементный состав данной пленки. Исследуемая поверхность и результаты исследований представлены на рисунке 2 и данными таблицы 1.
Анализируя результаты проведенных исследований, необходимо отметить высокое содержание оксида меди на поверхности образцов (85,42 %) и наличие внедренного углерода (14,58 %).
Для сравнения состава окисной пленки, полученной в результате модифицирования поверхности методом УАО, и состава коллекторной пленки (политуры) был проведен рентге-нофлуоресцентный анализ политуры, наработанной при эксплуатации электродвигателя постоянного тока 2ПН100.
Таблица 1 - Результаты рентгенофлуоресцентного анализа поверхности меди после УАО
Вид анализа Элемент Массовая доля, % Погрешность, % Молярная доля, % Оксид Массовая доля,%
Анализ Углерод С 14,58 0,23 53,06 - 14,58
на наличие
оксида Кислород О 17,18 - - - -
Медь Си 68,24 0,25 46,94 Си20 85,42
Всего 100 - 100 - 100
Результаты исследований и исследуемая поверхность представлены в виде таблицы 2 и на рисунке 3.
Таблица 2 - Результаты рентгенофлуоресцентного анализа поверхности коллектора с наработанной политурой
Вид анализа Элемент Массовая доля, % Погрешность, % Молярная доля, % Оксид Массовая доля, %
Анализ Углерод С 16,63 0,39 57,09 - 16,63
на наличие оксида Кислород О 17,34 - - - -
Алюминий А1 1,16 0,2 0,88 А1203 2,19
Медь Си 64,74 0,42 42,00 Си20 81,04
Свинец РЬ 0,13 0,32 0,03 РЬО 0,14
Всего 100 - 100 - 100
Рисунок 2 - Исследуемая поверхность после УАО (2000-кратное увеличение)
Результаты проведенных исследований по определению состава окисной пленки на поверхности меди после УАО и политуры, наработанной при эксплуатации МПТ, позволяют сделать вывод о том, что полученная окисная пленка в результате модифицирования поверхности коллектора методом УАО по своему составу соответствует коллекторной пленке (политуре).
Рисунок 3 - Исследуемая поверхность коллектора с наработанной политурой
(2000-кратное увеличение)
Предлагаемый метод УАО рабочей поверхности коллекторов электрических машин постоянного тока позволяет создавать упрочненный модифицированный поверхностный слой с остаточными напряжениями сжатия, положительно отражающийся на конструктивной прочности; формирует в процессе обработки луночно-синусоидальный микрорельеф, способствующий повышению площади контакта «коллектор - щетка». Проведенный рентгенофлуо-ресцентный анализ медных образцов на наличие окисных пленок после УАО с внедрением графита подтвердил наличие на обработанной поверхности оксида меди (86,42 %), и углерода (13,58 %). На основе результатов, полученных при сравнении состава окисной пленки по-
еле проведения УАО с составом политуры, сделан вывод о соответствии состава окисной пленки, полученной в результате УАО, составу политуры, наработанной при эксплуатации МПТ. Указанное положение позволило сделать заключение о возможности получения на рабочей поверхности коллектора политуры методом УАО. Полученные результаты исследований позволяют считать метод УАО целесообразным в качестве метода окончательной обработки коллекторов МПТ в условиях локомотиворемонтных депо.
Список литературы
1. Телевной, А. В. Нанометаллургический процесс на основе объемной микропластичности [Текст] / А. В. Телевной, А. А. Федоров // Омский научный вестник. 2006. - № 3 (36). -С. 104 - 107.
2. Телевной, А. В. Технологические процессы повышения конструкционной прочности деталей машин [Текст]: Учебное пособие / А. В. Телевной, В. А. Телевной / Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 1993. - 122 с.
3. Масягин, В. Б. Определение режимов процесса ударно-акустической обработки [Текст] /
B. Б. Масягин, С. Б. Скобелев // Омский научный вестник. 2006. - № 10 (48). - С. 45 - 48.
4. Моргунов, А. П. Создание высокопрочных поверхностей с регулярным микрорельефом нанометаллургией [Текст] / А. П. Моргунов, А. А. Федоров // Проблемы исследования и проектирования машин: Сборник ст. III междунар. науч.-техн. конф. / - Пенза, 2007. -
C. 118-121.
УДК 621.332
О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, В. А. Жданов
РАСЧЕТ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ТОКОСЪЕМА
С ПОМОЩЬЮ АССОЦИАТИВНЫХ ЭКСПЕРТНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
В статье рассмотрены основные направления совершенствования методов (щепки качества токосъема, основанные на определении интегральных показателей. Предложена методика расчета среднеквадратическо-го отклонения контактного нажатая без измерительного токоприемника на основе ассоциативной экспертной искусственной нейронной сети, приведены алгоритмы понижения размерности входного вектора нейро-сетевой модели и поиска оптимальной архитектуры нейронной сети-эксперта.
Согласно плану научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. одним из стратегических направлений является создание высокоскоростного движения с освоением отечественного производства основных элементов инфраструктуры и подвижного состава [1]. При этом на первый план выходит безопасность движения поездов, связанная в том числе и с надежностью инфраструктуры системы токосъема (ИСТ), текущее состояние которой определяется комплексом методик оценки ее функциональной готовности.
Современные методы оценки технического состояния системы токосъема, как правило, рассматривают объекты ИСТ в виде пролетов и анкерных участков контактной сети с заданным перечнем характеристик, приведенных в «Правилах устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. ЦЭ-197», основными из которых являются геометрическое положение проводов контактной подвески и контактное нажатие токоприемника.
В настоящее время оценка технического состояния ИСТ осуществляется с помощью вагонов для испытания контактной сети (ВИКСов). Аппаратура, смонтированная в таких вагонах, измеряет и регистрирует с записью на ленте и в памяти ЭВМ следующие параметры:
